XXXVI SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES E PROCESSAMENTO DE SINAIS – SBrT2018, 16-19 DE SETEMBRO DE 2018, CAMPINA GRANDE, PB Uma Nova Estratégia de Roteamento para Redes Ópticas Elásticas Energeticamente Eficientes Igor M. Queiroz, Membro, IEEE, Karcius D. R. Assis, Raul C. Almeida Jr. Resumo—Este artigo apresenta uma nova estratégia de roteamento para redes ópticas elásticas, que considera a potência consumida pelos seus elementos físicos como restrição. Para isso, foi proposto um modelo matemático composto por duas partes: Roteamento e Alocação de Modulação e Espectro (R+MLSA). Utilizaram-se três diferentes heurísticas para o roteamento. Posteriormente, foi utilizado um algoritmo híbrido para a escolha da melhor heurística, baseado na relação de compromisso entre a utilização de espectro e o consumo de potência da rede. Os resultados mostram que esta abordagem provê uma ferramenta de análise eficiente para o planejamento de rede. Simulações foram feitas em redes pequenas e moderadas. Palavras-Chave—Redes ópticas elásticas, Economia de energia, Redes ópticas energeticamente eficientes, Roteamento modulação e alocação de espectro, Formulação MILP, Otimização. Abstract—This article presents a new routing strategy for elastic optical networks, which considers the power consumed by the physical elements as a constraint. The proposal is based on a mathematical modeling decomposed into two parts: routing and Spectrum and Modulation Format Assignment (R+MLSA). The routing part utilizes 3 different heuristics. Posteriorly, a hybrid algorithm is utilized to select the best heuristic, which is based on the trade-off between spectrum utilization and power consumption on network. Results show that this approach provides an efficient analysis tool for network planning. Simulations were held on small and moderate networks Keywords—Elastic optical networks, Energy saving, Green optical networks, Routing modulation and spectral assignment, MILP formulation, Optimization. I. INTRODUÇÃO O rápido crescimento do tráfego de Internet tem mudado significativamente nossas vidas. A cada ano, a largura de banda utilizada nas comunicações aumenta [1]. Os sistemas de transmissão atuais, que utilizam a tecnologia convencional de multiplexação por divisão de comprimento de onda (Wavelength Division Multiplexing - WDM), não poderão atender essa demanda no futuro, pois possuem limitações para a utilização eficiente do espectro, uma vez que não permitem flexibilidade de alocação de banda. Para ilustrar este fato, basta observar que um sistema por divisão em comprimento de onda comercial com canais de 10 Gbps alocados a uma banda de 50 GHz apresenta uma eficiência espectral de apenas 0,2 bps/Hz (=10 Gbps / 50 GHz), ao passo que o Teorema de Shannon estabelece que essa eficiência poderia atingir valores de 7 bps/Hz em sistemas ópticos [2]. Dessa forma, pesquisas estão focadas no desenvolvimento de novas tecnologias para redes ópticas de alta velocidade, que, num futuro próximo, possam suportar transmissões na faixa de Tb/s. Neste contexto, recentemente, as redes ópticas elásticas (Spectrum Sliced Elastic Optical Path Networks - SLICE), também chamadas de redes ópticas de espectro eficiente, ou de grade flexível, têm se mostrado como uma alternativa promissora para proporcionar comunicação de alta velocidade [3]. Ao invés de utilizar canais de comprimento de onda fixo, como nas redes WDM, neste novo tipo de rede, a largura de banda possuirá espectro elástico para alocar a demanda de tráfego da camada superior [4]. Dessa forma, o espectro da fibra é tratado como um recurso flexível, o que possibilitará uma maior compactação e eficiência no uso do mesmo. Basicamente, o caminho óptico pode ser alocado em qualquer intervalo contínuo de frequência e deve ser separado de outros caminhos ópticos por uma banda de guarda, denomidada de Filter Guard Band (FGB) [5]. Para criar o caminho óptico para a demanda de tráfego utilizando várias sub-portadoras, a rede SLICE precisa empregar transponders de largura de banda variável (Sliceable Bandwidth Variable Transponders - SBVT) nas bordas da rede e comutadores ópticos de banda variável (Optical Crossconnects - OXC) no núcleo da rede, que podem ser construídos a partir de comutadores de comprimentos de onda seletivos (Wavelength Seletive Switches - WSS) [6]. Nos transceptores, o sistema de transmissão O-OFDM (Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing) permite que os dados sejam enviados em subportadoras ortogonais e os sinais de cada subportadora estendam-se para a adjacente, tal que o espectro seja bastante compactado [5]. No sistema WDM, é empregado o conceito de roteamento e alocação de comprimento de onda (Routing and Wavelength Assingment - RWA). Já na rede SLICE surge o conceito de roteamento e alocação de espectro (Routing and Spectrum Assingment - RSA), e consiste em achar a rota mais apropriada para cada par fonte-destino e alocar uma fração contígua do espectro de frequências para atender o tráfego requerido [7] Somado a isso, pode-se utilizar o conceito de modulação adaptativa baseada em restrições relacionadas ao limite de ruído de emissão espontânea. Essa estratégica foi proposta originalmente por [6]. Além disso, recentemente, pesquisas têm sido feitas com foco na sustentabilidade das redes SLICE e em seus custos operacionais, surgindo o conceito de redes ópticas elásticas verdes [8-13]. Neste contexto, em [2] foi proposto um algoritmo que considera o consumo de energia pelos elementos físicos da rede, quais sejam os OXCs, SBVTs e amplificadores ópticos e utiliza os conceitos de roteamento, nível de modulação, e alocação de espectro (Routing, Modulation Level and Spectrum Assingment - RMLSA). Já neste artigo, o RMLSA foi divido em duas partes (R+MLSA) e foram adaptadas três diferentes heurísticas para o roteamento, apresentadas em [14], e originalmente propostas para redes de pacotes centradas em informação. Posteriormente, aplicou-se duas formulações MILP e um algoritmo adaptado de [2] para escolher o melhor roteamento baseado em um fator de trade-off, proposto aqui. O artigo está Karcius D. R. Assis e Igor M. Queiroz¸ Departamento de Engenharia Elétrica e da Computação, Universidade Federal da Bahia (UFBA), Salvador- BA, Brasil, E-mail: igor.m.queiroz@ieee.org , karcius.assis@ufba.br . Raul C. Almeida Jr, Departamento de Eletrônica e Sistemas, Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Recife-PE, Brasil, E-mail: ralmeida.ufpe@gmail.com .